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[IT뉴스]독성 연료 없이도 ‘즉시 점화’… 오래 저장 가능한 위성 추진 기술 개발

온카뱅크관리자

2026-01-05 10:07:32

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 포스텍·기계연 공동 연구진 
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 궤도를 돌고 있는 인공위성의 모습./Pixabay
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 국내 연구진이 독성이 강한 연료를 쓰지 않으면서도 우주에서 필요할 때 곧바로 점화되고, 오랫동안 안전하게 보관할 수 있는 위성 추진 기술을 개발했다.
 이안나 포스텍 기계공학과 교수 연구진은 강홍재 한국기계연구원(KIMM) 선임연구원과 함께 플라즈마 기술을 활용해 아산화질소 기반 추진 기관의 한계를 넘어서는 방법을 제시하고, 차세대 친환경 ‘저장성 추진 시스템’의 가능성을 실험으로 입증했다고 5일 밝혔다. 연구 성과는 국제 학술지 ‘항공우주 과학 및 기술(Aerospace Science and Technology)’에 지난 11월 게재됐다.
 최근 스페이스X 등 해외 발사체의 운용 효율이 높아지고, 국내에서도 누리호 발사 성공 사례가 이어지면서 위성을 쏘아 올리는 우주로 가는 길이 전보다 가까워졌다는 평가가 나온다. 이때 중요해지는 것이 ‘저장성 추진제’다. 쉽게 말해, 연료를 오랫동안 탱크에 넣어두어도 변질이나 위험이 적고, 필요할 때 바로 엔진을 켤 수 있는 추진제를 뜻한다. 다만 현재 널리 쓰이는 하이드라진(hydrazine) 계열 연료는 독성이 매우 강해 취급 절차가 까다롭고, 누출·오염에 대한 안전·환경 부담이 크다는 한계가 있다. 그래서 업계에서는 하이드라진을 대체할 수 있는 더 안전한 추진 기술을 꾸준히 찾고 있다.
 이에 대안 중 하나로 주목받아온 물질이 아산화질소다. 치과 등에서 진정·마취 보조제로 쓰일 정도로 상대적으로 취급이 쉬운 편이어서 독성 문제를 줄일 수 있는 선택지로 거론돼 왔다. 하지만 연료와 함께 태우는 방식은 특히 소형 추진기에서 효율이 떨어지기 쉽고, 촉매를 이용해 반응을 돕는 방식은 장치가 무거워지고 구조도 복잡해질 수 있다. 연료와 산화제를 미리 섞어 두는 예혼합 방식은 점화가 쉽다는 장점이 있지만, 혼합 자체가 폭발 위험을 키울 수 있어 안전성 면에서 부담이 크다.
 연구진은 안전과 효율의 딜레마를 플라즈마로 풀어냈다. 플라즈마는 번개나 오로라처럼 에너지가 매우 높은 상태의 물질로, 쉽게 말해 공기(또는 기체)를 강하게 활성화해 불이 붙기 어려운 조건에서도 반응이 시작되도록 돕는 역할을 한다. 이번 연구에 적용된 기술은 ‘회전 글라이딩 아크(RGA·Rotating Gliding Arc) 플라즈마’로, 짧은 시간 안에 3차원 공간에서 플라즈마를 만들어 연소 반응의 시작 문턱을 낮추는 것이 특징이다.
 연구진은 이 기술을 아산화질소와 메탄을 사용하는 이원 추진제 시스템에 적용해 실험을 진행했다. 이원 추진제는 연료와 산화제를 따로 저장했다가 필요할 때 공급해 태우는 방식으로, 저장성과 운용 유연성이 장점인 반면 확실한 점화가 기술의 핵심 과제로 꼽힌다.
 연구진은 30~100W 수준의 낮은 전력만으로도 즉각적인 점화가 가능했고, 기존 방식으로는 어려웠던 초희박 조건에서도 안정적인 연소를 유지할 수 있음을 확인했다. 초희박 조건이란 연료가 아주 적은 상태를 말하는데, 보통은 불이 꺼지기 쉬운 환경이다. 그런데도 플라즈마가 반응을 도와 연소가 이어졌다는 뜻이다.
 특히 산화제 대 연료 질량 비율이 1000에 달하는 극단적인 조건에서도 촉매 없이 안정적으로 작동했으며, 연소 효율은 87.8%를 기록했다. 연구진은 이를 두고 “플라즈마가 마치 젖은 장작에도 불씨를 살려주는 것처럼, 연소가 시작되는 문턱을 낮춰 준 것”에 비유했다. 연료 비율이 이상적인 구간에서는 이론적 한계에 가까운 99.9% 효율도 확인됐다.
 이번 성과가 주목받는 이유는 안전성과 실용성에 있다. 복잡하고 무거운 촉매 장치나 예열 장치에 대한 의존도를 낮추면 추진계 전체 무게를 줄일 수 있고, 예혼합 과정 없이도 점화를 확보할 수 있다면 폭발 위험을 줄이면서 운용 절차도 단순화할 수 있다.
 이안나 교수는 “플라즈마 기술을 통해 차세대 친환경 추진 기술의 가능성을 확인했다”고 의미를 설명했고, 강홍재 선임연구원은 “저전력에서도 높은 신뢰성을 확보할 수 있어 소형 위성부터 장기 임무 추진체까지 활용 범위가 넓을 것”이라고 전했다.
 참고 자료
 Aerospace Science and Technology(2025), DOI: https://doi.org/10.1016/j.ast.2025.111256
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